(57)【要約】【課題】埋設状態にある金属構造物の埋設長さを精度よく容易に測定することができる金属構造物の長さ測定装置を提供する。【解決手段】本考案の金属構造物の埋設長さ測定装置は、一部が埋設された金属構造物１１の露出面に接触媒質を介して密着させてＳＨ波を発信する超音波発信子１２とＳＨ波を受信する超音波受信子１２とを備え、受信子で受信されるＳＨ波のパターンを解析して金属構造物１１の埋設長さを測定する解析制御装置１４を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
一部が埋設された金属構造物の露出面に接触媒質を介して密着させて、ＳＨ波を発信する超音波発信子と該ＳＨ波を受信する超音波受信子と、
前記超音波発信子及び超音波受信子の受発信を制御するための超音波ユニットとを備え、
前記受信子で受信されるＳＨ波のパターンを解析して前記金属構造物の埋設長さを測定する解析制御装置を備えたことを特徴とする金属構造物の埋設長さ測定装置。
【請求項２】
前記金属構造物の露出面に密着させる前記発信子を複数設けたことを特徴とする請求項１に記載の金属構造物の埋設長さ測定装置。
【請求項３】
前記金属構造物の露出面の周上に、探触子を移動させる固定リングを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属構造物の埋設長さ測定装置。
【請求項４】
測定時において探触子を金属構造物に接触させ、非測定時には探触子を金属構造物から離間させるように、前記固定リングに探触子進退装置を設けたことを特徴とする請求項３に記載の金属構造物の埋設長さ測定装置。
【請求項５】
前記超音波受信子及び前記超音波発信子において、共通のセンサーが用いられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属構造物の埋設長さ測定装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、ガードレールや道路標識等の、地中に埋設された金属構造物の埋設部分の長さを測定する金属構造物の埋設長さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地中に埋設されたガードレールや道路標識の支柱などの金属構造物の地中部分の長さを測定する装置はなく、一旦埋設した支柱の腐食検査などは特に行っていなかった。また、実際に埋設した長さを検査する装置などもなかった。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、一旦埋設した支柱が長年の経時劣化で腐食が進む場合があり、支柱の検査など定期的に行う必要が求められている。
また、ガードレールなどの支柱を地中に埋設するが、実際に設計図どおりの長さで埋設されているか検査する装置もなかった。
本考案は、前記課題を解決するためになされたもので、埋設状態にあるガードレールや道路標識等の金属構造物の埋設長さの測定に適用され、
埋設長さを精度よく容易に測定できる金属構造物の埋設長さ測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本考案の請求項１に記載の金属構造物の埋設長さ測定装置は、一部が埋設された金属構造物の露出面に接触媒質を介して密着させて、ＳＨ波を発信する超音波発信子と該ＳＨ波を受信する超音波受信子と、前記超音波発信子及び超音波受信子の受発信を制御するための超音波ユニットとを備え、前記受信子で受信されるＳＨ波のパターンを解析して前記金属構造物の埋設長さを測定する解析制御装置を備えたことを特徴とする。
請求項２に記載の金属構造物の埋設長さ測定装置は、請求項１において、前記金属構造物の露出面に密着させる前記発信子を複数設けたことを特徴とする。
請求項３に記載の金属構造物の埋設長さ測定装置は、請求項１又は２において、前記金属構造物の露出面の周上に、探触子を移動させる固定リングを設けたことを特徴とする。
請求項４に記載の金属構造物の埋設長さ測定装置は、請求項３において、測定時において探触子を金属構造物に接触させ、非測定時には探触子を金属構造物から離間させるように、前記固定リングに探触子進退装置を設けたことを特徴とする。
請求項５に記載の金属構造物の埋設長さ測定装置は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記超音波受信子及び前記超音波発信子において、共通のセンサーが用いられていることを特徴とする。
【考案の効果】
【０００５】
本考案の金属構造物の埋設長さ測定装置によれば、埋設状態にある金属構造物の埋設長さを精度よく容易に測定することができ、以下の効果が得られる。
（ａ）地中にその一部が埋設された金属構造物の露出面に発信子と受信子を接触媒質を介して密着させて測定作業を行えるので、作業が制約される箇所でも容易に取り付けて、経年劣化を受けた金属構造物等の損傷状況を効率よく調査することができる。
（ｂ）水ガラスや合成樹脂等の粘性の大きい所定粘度の接触媒質を介して発信子及び受信子が取り付けられるので、密着性を維持させ露出面と発信子及び受信子との間で送受信されるＳＨ波の伝達効率を高めて、このＳＨ波のパターンを解析することにより金属構造物の埋設長さを精度よく測定できる。
（ｃ）ＳＨ波を用いるので、反射、散乱によるモード変換が起こりにくく、反射は通常の鏡面反射と同じになり、その解析処理を容易にできる。
（ｄ）ＳＨ波は被試験体表面直下を潜行するように設計されているので、表面被覆物の影響をあまり受けず３ｍ以上の距離まで伝搬させることができる。
これにより埋設された金属構造物の表面に、凹凸部があったり耐火被膜や塗装などが施されている場合でもこれに影響されることなく、金属構造物の埋設長さを精度よく測定できる。
また、ＳＨ波の発信子が金属構造物の複数箇所に設けられているので、受信子で取得される複数の発信子毎のＳＨ波データに基づいて、金属構造物の内部を三次元的に解析してその欠陥の位置やサイズをさらに精密に特定することができる。
これによって、地中にその一部が埋設された金属構造物の埋設長さの測定を行う際に、複数の探触子の取り付け作業を容易に行うことができ、作業性に優れている。
また、これによって、金属構造物の埋設長さを精度よく測定することができ、取得されるデータの信頼性に優れている。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本考案の一実施の形態につき図面を用いて説明する。図１は本考案の一実施の形態に係る金属構造物の埋設長さ測定装置の説明図であり、図２はそのブロック図である。
図１において、１０は長さ測定装置、１１は地中に下部が埋設された金属構造物である金属管（埋設金属管）であり、１２は探触子である。本実施の形態場合は、探触子１２は、金属管１１上部の露出面に水ガラス等の接触媒質を介して配置されたＳＨ波の受信子及び発信子を兼ねているので、一つの発信子で超音波を発して、当該発信子で受信する方式を採用することができる。ここでＳＨ波とは、試験体表面を水平にこするような外力を加えることによって発生する一種の横波をいう。
１３は探触子１２の受発信を制御するための超音波ユニットである。１４は解析装置であるコンピュータであり、超音波ユニット１３に接続され、受信子から取り込まれたデータの処理を行うための装置である。
測定対象物である埋設金属管１１としては、ガードレールや道路標識などの支柱が挙げられる。また、橋脚、街灯支柱、広告塔、配管、鋼管杭等の金属構造物が挙げられる。また、鉄筋等で補強されたコンクリート支柱なども、表面に金属部分を露出させることにより測定対象物となる。なお、測定対象の金属管１１が埋設されている状態としては、鉛直に立設されている場合の他、斜めに埋設されている場合、支柱の一部が曲げられている場合にも適用出来る。
【０００７】
図３は、本考案の測定装置を、地中にその一部が埋設された金属構造物１１への適用例を示す模式図である。図３に示すように、金属構造物の種々の形態に応じてその露出面に探触子１２を設けることができ、地中に埋設された金属構造物の先端部（下端）までの長さを、超音波を用いて測定することができる。以下、この測定方法について具体的に説明する。
【０００８】
測定対象物である金属構造物が、鋼管である場合には、探触子１２は、発信周波数を約０．５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚとし、受信帯域を約０．３ＭＨｚ〜５ＭＨｚに設定することで測定を効果的に行うことができる。また、測定対象物である金属構造物が、鉄筋入りコンクリート支柱の場合は、発信周波数を約１００ＫＨｚ〜５００ＫＨｚとし、受信帯域を約１０ＫＨｚ〜１ＭＨｚに設定した超音波ユニット１３を用いることが好ましい。超音波ユニット１３は、これらの切り替えにより発信パワーの切替えが行えるようになっている。
また、探触子１２はＳＨ波を送受信できるよう水晶のＹカット相当の横波振動子が組み込まれており、スネルの法則により、試験体中に約９０度の屈折角で伝搬するよう入射角が設定されている。このようなＳＨ波は測定対象物である金属構造物を垂直に振動させる成分が少ない上、表面直下を伝搬するので、金属構造物の表面が塗装膜や耐火被覆等で覆われていてもそれらに超音波エネルギーが吸収されず、ＳＶ波に比べて遠方まで伝搬させることができるという利点がある。
【０００９】
探触子１２は金属構造物１１の露出面に所定粘度、例えば１０００〜１３００パスカル・秒の範囲に設定した水ガラスや合成樹脂等からなる接触媒質を介して密着させ、これによって効率的にＳＨ波の受発信を行うようにしている。
接触媒質としては、所定粘度に設定した水ガラスや合成樹脂等を用いることが好ましい。その粘度の調整に際しては必要に応じて、アルミナやシリカ等の酸化物や、黒鉛、カーボン等の粉末を添加したり水分量を調節したりすること等により行うことができる。この粘度が１０００パスカル・秒より小さくなると、金属構造物の露出面との密着性が低下する上にＳＨ波の伝達効率が極端に低下するので好ましくない。逆にその粘度が１３００パスカル・秒を超えると、露出面や受信子及び発信子との密着性が悪くなりばらつきの少ない安定したデータを得るのが困難となるので好ましくない。
ＳＨ波は横波の一種であり、液体中では剪断波は伝搬できないため、ＳＨ波を安定して伝搬するには所定粘度の接触媒質を用いなければならない。従来のＳＨ波測定法では、振動子−接触媒質−検査対象との経路を全てＳＨ波で伝搬させるために、粘性の高い接触媒質を使用することが必要であった。この場合、接触媒質の層が十分に薄くならなければ安定したエコー高さが得られず、従来のＳＨ波探触子では、探触子のサイズを大きくした場合、エコーが安定せず、信頼性の高いデータを得るのには測定に長時間を要していた。そこで、本実施の形態の探触子では、接触媒質の粘度を適正化して用いることによって、そのサイズが大きい探触子でも短時間で効率的に測定を行うことが可能となった。これによって、塗膜等で覆われた金属構造物の表面の塗膜等を剥離して測定面を形成し、測定面から、地中に埋設された金属構造物の先端部（下端）に向けて表面ＳＨ波を発信し、受信した反射波を実験値と比較して、埋設部分の長さを測定することなどが可能になる。
また、表面ＳＨ波の発信は、金属構造物の全周に亘って所定ピッチ毎に行うことができ、地中にその一部が埋設された金属構造物をそのままの状態でその埋設長さを的確に把握でき、経年劣化等を受けた金属構造物であってもその埋設先端部までの長さを効率よく調査できる。
【００１０】
接触媒質の厚みは０．１〜０．３ｍｍとすることが好ましい。これは用いる接触媒質の種類やＳＨ波の周波数等にもよるが、厚みが０．１ｍｍより薄くなると、ＳＨ波の伝達効率が極端に減少して測定感度が悪化する傾向が現れ、逆に０．３ｍｍを超えると、ＳＨ波の機械的振動を伝達することができない。
【００１１】
また、探触子１２の下部において、発信子および受信子の超音波通過面全面に一定の間隔をおいて、矩形または円形のアクリル板を張り付けたものを使用することもできる。超音波通過面に円形または矩形のアクリル板を一定の間隔で張り付けると、安定したエコーが得られる時間を大幅に短縮することができる。粗骨材、鉄筋等の異物の存在する組成が均一でないコンクリートなどを用いた構造物では、超音波波長の長いものを使用する必要があり、その送受信にはサイズの大きい振動子が有利である。
振動子サイズが大きくなればそれに見合う大きさの超音波通過面が必要となる。これら大型の発信子、受信子を、金属構造物上に配して短時間の内に安定した信号を得るためには素早く薄く均一な接触媒質の膜を形成する必要があるが、本考案では超音波通過面にアクリル板を部分的に張り付けることにより、余分な接触媒質をアクリル板が張り付けられていない凹部空間（隙間）に押しやるため、サイズの小さい送受信と同様な速さで安定した信号を得られるという効果がある。
【００１２】
超音波ユニット１３は、図２に示すように複数の発信器と、受信アンプコントロールとを備え、それぞれパワーや発信周波数の異なる発信器を必要に応じて切替えて探触子１２を発振させることができ、探触子１２から取り込まれデータ信号をインターフェースを介してコンピュータ１４のＡ／Ｄボード等のＩ／Ｏボードを介して送受信するようになっている。コンピュータ１４では探触子１２から取り込まれたデータに基づいて超音波ユニット１３のコントロール、超音波波形表示、周波数解析、Ｃマップ表示、データファイルの保存、読み出し等の処理が行われる。
なお、コンピュータ１４には、発信子から超音波を発信して受信子で受信するまでの時間をＴ、音速をＶ、距離をＤとして、Ｄ＝Ｖ・Ｔ／２の演算式が記憶させてある。Ｄ＝探触子を金属構造物に固着させた位置から下端までの距離となるので、探触子と地表との距離を入力することにより、金属構造物の埋設長さが出力される。
【００１３】
以上のように構成された測定装置１０を用いて金属構造物の埋設長さの測定方法について図４を用いて説明する。図４（ａ）における矢印は表面波及びＳＨ波の進行経路を示す。表面波を用いて反射波を表示させた図４（ｂ）に示すコンピュータ１４の画面の場合は、金属構造物に形成された突起部の各コーナー（Ａ〜Ｅ）からの反射がコンピュータ画面に現れており、多くのエコーが見られ、どれが目的とする先端部からのエコーであるか明確でない。
これに対してＳＨ波を用いた図４（ｃ）の場合では、金属構造物に突起部が形成されていてもその下側を潜行して進行するので高いエコーが明確に観察される。即ち、表面波を用いた場合には、金属構造物に形成された突起部のコーナーを経由するので、図４（ｂ）に示すように、そのエコー波形には突起部のコーナーに起因する反射波のピークＡ〜Ｄが取り込まれ、これらから埋設先端部からの反射に起因した反射波のピークＥを識別するのが困難であることがわかる。このことから、金属構造物の表面に土砂、アスファルト等が密着する場合も、前記突起物と同様に考えられ、同じ結果が予測される。
【００１４】
図５は探触子を金属構造物の表面に複数個配置して金属構造物の埋設長さを測定する場合の説明図である。図５（ａ）に示すように、１個の探触子を用いて送受信を行った場合、金属構造物の埋設先端部（下端）の切り口形状が超音波の進行方向に垂直に形成されている時は大きなエコーを受信することができる。しかし、図５（ｂ）に示すように切り口形状が超音波の進行方向に垂直でない傾きをもって形成されている場合、超音波のエコーは、探触子の設置されている方向には反射されず、拡散による小さなエコーしか得られない。そこで図５（ｃ）に示すように受信専用の第２の探触子を用いることによって大きなエコーを得ることができるようになる。探触子間の設置間隔を広めることによって、金属構造物の切り口の形状に関係なくほとんどカバーすることができるようになる。
また、通常、超音波送受信子は、発信側のターミナルと受信側のターミナルが短絡してあり超音波パルスの発信と同時に受信ができるようになっているが、複数の探触子を用いる場合はその短絡部分を解放して用いることが望ましい。
【００１５】
それを解決するために、測定範囲と超音波ビームの拡散を考慮して、複数個の探触子を固定して円周上に配置し、スイッチング回路で受信探触子を選択し、エコー信号を受信するようにする。このように配列された探触子は送受信可能であるので、ある時刻に送信用に用いた探触子をそれと異なる時刻に受信用とすることで探触子を移動することなく測定できる利点がある。
【００１６】
図６は、金属構造物の外周上に探触子を設置した水平断面概略図である。図６において、金属構造物１１の外周上に、固定リング２２に沿って左右方向Ｙに移動自在に探触子１２ａが設置されている。探触子１２ａには、測定対象である金属構造物１１とは反対側に水平方向駆動装置２３が設けられており、探触子１２ａを前後方向Ｘに（金属構造物１１に向かって）進退させ、金属構造物１１と接触、離間させることができる。
したがって、測定をするときには、水平方向駆動装置２３を前方へ進出させることによって探触子１２ａを金属構造物１１に接触させ、測定終了後は、水平方向駆動装置２３を後方へ退出させることによって探触子１２ａを金属構造物１１から離間させることができる。
このような水平方向駆動装置２３としては、エアーシリンダ、電磁石、バネ等を用いた公知のアクチュエータが挙げられる。
【００１７】
固定リング２２の表面には雄ネジが形成されていて、探触子１２ａ内に設けられた雌ねじを回転させることにより、探触子１２ａは固定リング２２上を左右方向Ｙに移動可能であり、コンピュータ制御などにより、一カ所測定後に隣の測定箇所に移動させることが出来る。
なお、探触子１２ａを左右方向Ｙへ移動させる手段としては、上記のように固定リング２２にネジを形成する他、固定リング２２をレールとして、探触子１２ａ内に車輪を設けて車輪を回転させることによりレール上を移動させるような構造にすることもできる。
また、本考案においては、探触子１２ａを左右方向Ｙへ移動させる手段としては、公知の駆動手段でも差し支えない。
【００１８】
また、固定リング２２上に２個以上の探触子を設置し、両探触子を移動させながら、超音波の発信・受信を切り替えることによって、測定をすることもできる。
【００１９】
なお、金属構造物が、鋼管のような強磁性（磁石に吸い付くような強い磁性を示すような性質）体の場合においては、個々の探触子に磁石を設けて、間隔をあけて探触子を金属構造物上に直接吸い付かせて（固着させて）測定をすることもできる。この場合は固定リング２２が不要となる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本考案の測定装置は、埋設状態にある金属構造物の埋設長さの測定に適用され、送受信されるＳＨ波の伝達効率に優れ、その埋設長さを精度よく容易に測定することができる。
また、ＳＨ波の発信子を金属構造物の複数箇所に設けることにより、受信子で取得される複数の発信子毎のＳＨ波データに基づいて、金属構造物の形状を三次元的に解析してその埋設長さを精密に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本考案の金属構造物の埋設長さ測定に適用される測定装置の説明図である。
【図２】本考案の測定装置のブロック図である。
【図３】金属構造物への適用例を示す模式図である。
【図４】実施の形態の金属構造物の埋設長さ測定方法の概念図である。
【図５】探触子を複数配置して埋設長さを測定する場合の説明図である。
【図６】金属構造物の外周上に探触子を設置した水平断面概略図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０：  測定装置
１１：  金属構造物
１２、１２ａ：  探触子
１３：  超音波ユニット
１４：  解析装置（コンピュータ）
２０：  ＳＨ波探触子
２２：  固定リング
２３：  水平方向駆動装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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